JP2010040779A - 太陽追尾太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、発電に必要な太陽電池を削減しながら、発電効率を向上させることができる太陽追尾太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 太陽電池モジュール４０と、太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａに対して斜め方向に形成された一対の反射面５０Ａを有する反射鏡セット５０とを交互に配置することにより形成された太陽電池パネル２０と、太陽電池パネル２０に入射される太陽光の入射方向を検出する入射方向検出部２００と、入射方向検出部２００の検出結果に基づいて、太陽電池パネル２０を地面に対して水平方向に回転駆動する方位角駆動制御部７０と、入射方向検出部２００の検出結果に基づいて、太陽電池パネル２０を地面に対して垂直方向に回転駆動する仰角駆動制御部１６０とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、太陽を追尾する太陽光発電装置に関する。

近年、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電装置として、種々のものが提案及び開発されている。かかる太陽光発電装置としては、例えば当該太陽光発電装置が生成した電力を用いて、搭載する太陽電池パネルが太陽光の入射方向を追尾しながら、効率良く発電を実行することが提案されている（特許文献１）。

また、太陽光を集束して、太陽電池モジュールの効率を向上する技術も提案されている（特許文献２）。
特開平６−２５０７３９号公報 特開２００２−３１４１１２号公報

特許文献１に開示された技術によれば、緩やかな角度で傾斜して対向する２枚の太陽電池パネルを１対として、２対設け、１対を方位角回動機構の制御に用いもう一対を仰角傾動機構の制御に用いることが提案されている。
このように太陽追尾方式の太陽電池の効率は、追尾なしの場合の効率の約１，５〜１，７倍を達成できる。

この技術によって、太陽電池パネルを太陽光に対しほぼ垂直に保持することで、日中長時間に亘り安定的に高効率発電が可能となるが、１ｋＷの電力を確保するためには縦横１、５メートルＸ４、０メートルの巨大な太陽電池パネルが必要となり、大規模な設備となり、コスト的にも高価となることが避けられないという問題があった。

一方、特許文献２では、図６に示すように反射鏡を用いて、本来太陽電池パネルに達することのない太陽光を集光し、発電効率を高める技術が開示されている。この技術によれば、太陽電池パネルの効率は約１、８〜２、０倍に上げることが可能であるので、使用する太陽電池パネルの面積を約２分の１に減らすことができ、大幅なコストダウンを図ることができる。反射鏡を用いる場合、具体的に１ｋＷの発電量を得るには、追尾機構をも備えている時には、縦横１、５メートルＸ２、０メートルの太陽電池パネルで十分である。しかしながら、図６に示すように必要とされる太陽電池３４０を方形一面構成として、その対向する辺の外側に一対の反射鏡３１０を備える方式では、大きさ縦横１、５メートルＸ２、０メートルの太陽電池３４０を凌駕する大きさ縦横１、５メートルＸ３メートルの２枚の巨大な反射鏡３１０が必要であり、風、地震等に耐えられる構造とするには、大規模な設備とならざるを得ないことと万一損傷した場合発電能力がお幅に落ちるという問題があった。

本発明は、上記する課題に鑑みなされたもので、太陽光の入射方向検出部の検出結果を用いて方位角、仰角制御し、長時間安定的に効率的発電を実現し、さらに反射鏡を用いて発電に必要な太陽電池モジュールの数を大幅に削減しながら、全体構造が風、地震等対策上、大規模なものとならない太陽追尾太陽光発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明による太陽追尾太陽光発電装置は、
複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの受光面に対して斜め方向に形成された反射面を有する２枚の反射鏡の反射面の背面が対向するように設置した一対の反射鏡を反射鏡セットとして、複数の反射鏡セットとを交互に配置することにより形成された太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルに入射される太陽光の入射方向を検出する入射方向検出部と、
前記入射方向検出部の検出結果に基づいて、前記太陽電池パネルを地面に対して水平方向に回転駆動することにより、太陽光の入射方向に対する前記太陽電池パネルの方位角を制御する方位角駆動制御部と、
前記入射方向検出部の検出結果に基づいて、前記太陽電池パネルを地面に対して垂直方向に回転駆動することにより、太陽光の入射方向に対する前記太陽電池パネルの仰角を制御する仰角駆動制御部と
を備える。

本発明の太陽追尾太陽光発電装置によれば、反射鏡を用いて発電に必要な太陽電池モジュール数を削減しながら、風、地震等の対策上、大規模な構造とならない太陽追尾太陽光発電装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１及び図２に、本発明の実施の形態による太陽追尾太陽光発電装置１０の構成を示す。このうち、図１（Ａ）は、太陽追尾太陽光発電装置１０を上方から視認した場合の斜視図を示し、図１（Ｂ）は、太陽追尾太陽光発電装置１０の側面図を示し、図２（Ａ）は、太陽追尾太陽光発電装置１０を下方から視認した場合の斜視図を示す。

この太陽追尾太陽光発電装置１０は、太陽光エネルギーを電力に変換するための太陽電池パネル２０を有する。この太陽電池パネル２０は、平板状のパネル板３０上に、太陽電池モジュール４０と反射鏡セット５０とを交互に配置することにより形成される。必要量の太陽電池を複数の太陽電池モジュール４０に分割し、それに対応して必要となる反射鏡を複数の反射鏡セット５０に分割し、該太陽電池モジュール４０と該反射鏡セット５０を交互に配置することにより、太陽電池を一体形とする場合に比べ、太陽電池パネル上での反射鏡の高さを十分に低く抑えられるので、風、地震対策はその分容易となる。例えば、反射鏡を１０分割すれば、反射鏡セット５０のパネル板３０上の高さは分割なしの場合の１０分の１とすることが出来る。

太陽電池モジュール４０は、扁平な直方体状に形成され、太陽光を受光するための受光面４０Ａを有する。反射鏡セット５０は、２枚の反射鏡の反射面の背面が対向するように設置され、パネル板３０とで３角柱状を形成し、太陽電池４０の受光面４０Ａに対して斜め方向に形成された反射面５０Ａを有する。

図２（Ｂ）に示すように、太陽電池パネル２０は、入射される太陽光を太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａによって直接受光すると共に、隣接する反射鏡セット５０の反射面５０Ａによって太陽光を反射することにより得られた反射光を、太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａによって受光する。

このように、太陽電池パネル２０は、太陽光を太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａによって直接受光するだけの場合と比較して、太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａに入射される太陽光の単位面積あたりの光量を増加させることができる。従って、パネル板３０上に太陽電池モジュール４０のみを載置する場合と同様の光量を得ながら、パネル板３０上に載置される太陽電池モジュール４０の面積を削減することができる。

しかも、太陽電池モジュール４０と反射鏡セット５０を交互に配置することにより、反射鏡セット５０のパネル板３０に対する高さを十分に低く抑えることができる。

なお、この場合、反射鏡セット５０の反射面５０Aは、入射される太陽光を全反射しても良く、または太陽光のうち太陽電池の発電に有効な一部の光を選択的に反射し、残りの光を透過するようにしても良い。

太陽追尾太陽光発電装置１０は、太陽光の入射方向が変化することに追尾して、太陽電池パネル２０を構成する太陽電池モジュール４０の受光面４０Ａが、太陽光の入射方向と直交するように、太陽電池パネル２０の姿勢制御を行う。すなわち、太陽追尾太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル２０における、水平方向の方位角と垂直方向の仰角とを調整することにより、太陽電池パネル２０を駆動制御する。

具体的には、図２（A）において、地面に設置された基台６０上に、方位角を制御するための方位角駆動制御部７０が、地面に対して水平方向（矢印ＡＨ方向）に回転自在に取り付けられている。この方位角駆動制御部７０上には、太陽電池パネル２０を支持するためのパネル支持部８０が取り付けられている。

さらに、パネル支持部８０上には、当該パネル支持部８０と同様に太陽電池パネル２０を支持するための４つの脚部９０が一体成形されている。これら４つの脚部９０は、太陽電池パネル２０のうち、対向する側面の中央付近に取り付けられている。

これにより、太陽追尾太陽光発電装置１０では、方位角駆動制御部７０が入射方向検出部の出力に応じて、パネル支持部８０、脚部９０及び太陽電池パネル２０を回転させることにより、太陽電池パネル２０の方位角を制御する。

一方、太陽電池パネル２０は、当該太陽電池パネル２０と脚部９０との連結部分１００を回転軸として、地面に対して垂直方向（矢印ＡＶ方向）に回転自在に取り付けられている。この太陽電池パネル２０の下方には、半円状に湾曲されたアーチ部１１０が一体成形されている。

図３に示すように、アーチ部１１０の表面には、チェーン１２０が巻き付けられ、当該チェーン１２０の両端は、アーチ部１１０と太陽電池パネル２０との接続部分付近にそれぞれ固着されている。

アーチ部１１０の下方には、２つのガイド用歯車１３０が、アーチ部１１０に当接するようにして設けられている。これらガイド用歯車１３０は、アーチ部１１０に巻き付けられているチェーン１２０のうち、２つのガイド用歯車１３０の間に位置する部分を下方に引き出すことにより、駆動用歯車１４０に導くようになされている。

駆動用歯車１４０には、ガイド用歯車１３０によって導かれたチェーン１４０が巻き付けられている。なお、ガイド用歯車１３０及び駆動用歯車１４０は、歯車支持部１５０内の所定位置に取り付けられている。

駆動用歯車１４０は、外部から供給される駆動信号に基づいて回転駆動することにより、太陽電池パネル２０の仰角を制御する。すなわち、太陽追尾太陽光発電装置１０は、駆動用歯車１４０を矢印Ａ１０方向に回転させることに応じて、太陽電池パネル２０を矢印Ａ１００方向に回転させることにより、太陽電池パネル２０の仰角を制御する。同様にして、太陽追尾太陽光発電装置１０は、駆動用歯車１４０を矢印Ａ２０方向に回転させることに応じて、太陽電池パネル２０を矢印Ａ２００方向に回転させることにより、太陽電池パネル２０の仰角を制御する。

このように、本実施の形態の場合、仰角駆動制御部が、入射方向検出部の出力に応じて、アーチ部１１０、チェーン１２０、ガイド用歯車１３０及び駆動用歯車１４０を制御する。

ここで図４に、太陽追尾太陽光発電装置１０の機能的なブロック構成を示す。太陽電池パネル２０は、入射された太陽光を電力に変換し、当該得られた電力を外部に出力する。これと共に、太陽電池パネル２０は、得られた電力を、太陽追尾太陽光発電装置１０を形成する各部７０、１６０及び２００〜２２０に供給することにより、これら各部７０、１６０及び２００〜２２０を駆動する。これにより、太陽追尾太陽光発電装置１０は、外部電源から電力の供給を受けることなく追尾動作をおこなうことができる。

入射方向検出部２００は、太陽電池パネル２０に入射される太陽光の入射方向を検出するためのものであり、その検出結果を方位角駆動制御部７０及び仰角駆動制御部１６０に出力する。なお、図１及び図２において示すように入射方向検出部２００は、例えば太陽電池パネル２０の上端中央部に配置される。

方位角駆動制御部７０は、入射方向検出部２００の検出結果に基づいて、太陽電池パネル２０を地面に対して水平方向に回転させることにより、方位角を制御する。一方、仰角駆動制御部１６０は、入射方向検出部２００の検出結果に基づいて、太陽電池パネル２０を地面に対して垂直方向に回転させることにより、仰角を制御する。このようにして、本太陽追尾太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル２０が太陽光を常に追尾するよう駆動制御する。

ところで、風速測定部２１０は、太陽電池パネル２０付近の風速を測定するためのものであり、測定された風速が所定の閾値（例えば６０ｍ／ｓ）を超えた場合には、太陽光の追尾を停止する追尾停止信号を仰角駆動制御部１６０に与える。

仰角駆動制御部１６０は、この追尾停止信号が与えられると、太陽光の入射方向にかかわらず、太陽電池パネル２０を地面に対して水平方向に位置させ、当該水平方向に位置する状態に維持させる。これにより、太陽電池パネル２０が強風にあおられることにより、太陽電池パネル２０の故障や破損を防止することができる。

ここで図５に、風速測定部２１０の構成例を示す。例えば風速測定部２１０は、太陽電池パネル２０の端部に取り付けられた導電性ばね２３０の先端に、導電性の重り２４０を接続することにより形成された振り子２５０と、重り２４０の最下位置より斜め上方に配置された金属片２６０とを有する。なお、この場合、導電性ばね２３０、重り２４０及び金属片２６０には、所定の電圧が印加されている。

この状態において、強風によって振り子２５０の重り２４０が振れると、重り２４０が金属片２６０に接触する。これにより、太陽追尾太陽光発電装置１０内に収納され、振り子２５０及び金属片２６０と共に風速測定部２１０を形成する図示しない判定部は、重り２４０と金属片２６０との間に電流が流れ、当該電流が流れる時間が、所定の閾値を超えた場合には、風速が所定の閾値を超えたと判定する。この場合、追尾停止信号が生成され、仰角駆動制御部１６０に与えられる。

また、震度測定部２２０は、太陽電池パネル２０に装着（装着状態は図示されていない）され、震度を測定するためのものであり、測定された震度が所定の閾値（例えば震度５）を超えた場合には、太陽光の追尾を停止する追尾停止信号を仰角駆動制御部１６０に与える。

仰角駆動制御部１６０は、この追尾停止信号が与えられると、太陽光の入射方向にかかわらず、太陽電池パネル２０を地面に対して水平方向に位置させ、当該水平方向に位置する状態に維持させる。これにより、強風や地震によって、太陽電池パネル２０の故障や破損を防止することができる。

このように本実施の形態によれば入射方向検出部２００の出力により、太陽電池パネル２０の方位角、仰角を制御し、日中長期に亘り安定的に効率的な発電を実現するとともに、反射鏡５０を用いて発電に必要な太陽電池モジュール４０の数を削減しながら、電池モジュール４０と分割された反射鏡５０を交互に配置することにより、パネル板３０に対し、反射鏡５０の高さを十分低く抑えることができ、設備の大型化が避けられるので風、地震等の対策が容易であり、さらに一定以上の強風や地震などの不測の事態が発生した場合であっては、太陽電池パネル２０を直ちに水平方向に移動させ、その状態を維持する機構を具備し、太陽追尾太陽光発電装置１０の故障や破損を未然に防止し信頼性を向上させることができる。

なお、入射方向検出部２００は、太陽光を所定時間以上に亘って所定のレベル以上、検出することができなかった場合には、夜間になったと判定し、太陽電池パネル２０を初期状態に戻すためのリセット信号を生成し、これを方位角駆動制御部７０及び仰角駆動制御部１６０に出力する。

このリセット信号が出力されると本太陽追尾太陽光発電装置１０は、方位角駆動制御部７０によって方位角を制御すると共に、仰角駆動制御部１６０によって仰角を制御することにより、太陽電池パネル２０を初期状態（例えば日の出の状態）に移行させる。

なお上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、太陽電池パネル２０の仰角を大きく取った際に、太陽電池モジュール４０及び反射鏡セット５０の長手方向が、地面に対して垂直になるように、太陽電池モジュール４０及び反射鏡セット５０を配置したが、地面に対して水平になるように、太陽電池モジュール４０及び反射鏡セット５０を配置しても良い。

本発明の実施の形態による太陽追尾太陽光発電装置の構成を示す斜視図及び側面図である。 同太陽追尾太陽光発電装置の構成を示す斜視図、及び太陽光が太陽電池パネルに入射する様子を示す側面図である。 仰角駆動制御部の具体的な構成を示す側面図である。 同太陽追尾太陽光発電装置の機能的な構成を示すブロック図である。 風速測定部の具体的な構成を示す側面図である。 先行文献に見られるの光発電システム

符号の説明

１０ 太陽追尾太陽光発電装置
２０ 太陽電池パネル
３０ パネル板
４０ 太陽電池モジュール
５０ 反射鏡セット
６０ 基台
７０ 方位角駆動制御部
８０ パネル支持部
９０ 脚部
１００ 連結部分
１１０ アーチ部
１２０ チェーン
１３０ ガイド用歯車
１４０ 駆動用歯車
１６０ 仰角駆動制御部
２００ 入射方向検出部
２１０ 風速測定部
２２０ 震度測定部
２３０ 電線
２４０ 重り
２５０ 振り子
２６０ 金属片
３００ 光発電システム
３１０ 反射鏡
３４０ 太陽電池
Ｓ 太陽光
Ｒ 反射光

Claims (7)

1. 複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの受光面に対して斜め方向に形成された反射面を有する２枚の反射鏡の反射面の背面が対向するように設置した一対の反射鏡を反射鏡セットとして、複数の反射鏡セットとを交互に配置することにより形成された太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルに入射される太陽光の入射方向を検出する入射方向検出部と、
   前記入射方向検出部の検出結果に基づいて、前記太陽電池パネルを地面に対して水平方向に回転駆動することにより、太陽光の入射方向に対する前記太陽電池パネルの方位角を制御する方位角駆動制御部と、
   前記入射方向検出部の検出結果に基づいて、前記太陽電池パネルを地面に対して垂直方向に回転駆動することにより、太陽光の入射方向に対する前記太陽電池パネルの仰角を制御する仰角駆動制御部と
   を備えることを特徴とする太陽追尾太陽光発電装置。
2. 前記太陽電池パネル付近の風速を測定し、その測定結果が所定の閾値を超えた場合には、太陽光の追尾を停止する追尾停止信号を前記仰角駆動制御部に与える風速測定部をさらに備え、
   前記仰角駆動制御部は、
   前記追尾停止信号が与えられると、前記太陽電池パネルを地面に対して水平方向に位置させ固定させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾太陽光発電装置。
3. 前記風速測定部は、
   前記太陽電池パネルの端部に取り付けられた導電性の振り子と、
   前記振り子が有する重りの最下位置より斜め上方に配置された金属片と、
   前記重りが前記金属片に接触することによって、前記重り及び前記金属片間に電流が流れる時間が、所定の閾値を超えた場合には、風速が所定の閾値を超えたと判定する判定部と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の太陽追尾太陽光発電装置。
4. 前記太陽電池パネル付近の震度を測定し、その測定結果が所定の閾値を超えた場合には、太陽光の追尾を停止する追尾停止信号を前記仰角駆動制御部に与える震度測定部をさらに備え、
   前記仰角駆動制御部は、
   前記追尾停止信号が与えられると、前記太陽電池パネルを地面に対して水平方向に位置させ固定させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾太陽光発電装置。
5. 前記太陽電池パネルのうち、対向する側面の中央付近に、前記太陽電池パネルを支持するようにして、前記方位角駆動制御部に取り付けられた脚部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾太陽光発電装置。
6. 前記仰角駆動制御部は、
   前記太陽電池パネルの下方に湾曲するようにして、前記太陽電池パネルに一体成形されたアーチ部と、
   前記アーチ部の表面に巻き付けられ、その両端が前記アーチ部及び前記太陽電池パネルの接続部分付近にそれぞれ固着されたチェーンと、
   前記アーチ部の下方に当接するようにして設けられた第１及び第２のガイド用歯車と、
   前記第１及び第２のガイド用歯車によって、下方に引き出されるようにして導かれた前記チェーンが巻き付けられた駆動用歯車と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾太陽光発電装置。
7. 前記入射方向検出部は、
   太陽光を所定時間以上に亘って、所定のレベル以上検出しなかった場合には、前記太陽電池パネルを初期状態に戻すためのリセット信号を生成し、これを前記方位角駆動制御部及び前記仰角駆動制御部に出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾太陽光発電装置。